c++ - 为什么只有 std::atomic_flag 保证是无锁的？

Question

来自 C++ Concurrency in Action：

std::atomic 和 std::atomic_flag 之间的区别在于 std::atomic 可能不是无锁的；实现可能必须在内部获取互斥锁以确保操作的原子性

我想知道为什么。如果 atomic_flag 保证是无锁的，为什么不保证它atomic<bool>也是如此？这是因为成员函数compare_exchange_weak吗？我知道有些机器缺少一个比较和交换指令，是这个原因吗？

Answer 1

首先，您完全可以拥有类似 的东西std::atomic<very_nontrivial_large_structure>，因此std::atomic通常不能保证这样的东西是无锁的（尽管在大多数系统上，大多数琐碎类型的特化都像bool或int可能可以）。但这有点无关。

atomic_flagN2427 /29.3 的注释中给出了为什么必须是无锁的确切原因：

因此，这些操作必须是无地址的。没有其他类型需要无锁操作，因此 atomic_flag 类型是符合此标准所需的最小硬件实现类型。剩下的类型可以用 atomic_flag 来模拟，尽管属性不太理想。

换句话说，这是每个平台上必须保证的最低限度的东西，因此可以正确实施标准。

Answer 2

该标准不保证原子对象是无锁的。在不为 type 提供无锁原子操作的平台上，T可以std::atomic<T>使用互斥体来实现对象，这不是无锁的。在这种情况下，任何在其实现中使用这些对象的容器也不会是无锁的。

该标准提供了检查std::atomic<T>变量是否无锁的机会：您可以使用var.is_lock_free()或atomic_is_lock_free(&var)。对于 int 等基本类型，还提供了宏（例如ATOMIC_INT_LOCK_FREE），用于指定对该类型的无锁原子访问是否可用。

std::atomic_flag是一个原子布尔类型。对于类型，几乎总是boolean不需要使用互斥锁或其他同步方式。